注汽井下隔热补偿装置的研究及应用

蒯泽明

摘要：正常注汽时，注汽管柱内温度在300℃度以上，按正常注汽时隔热管外温度260℃计算，一根9.5米Φ114光管在注汽过程中的热损失达3711533（KJ/h），每注汽一井次，一根Φ114光管热损失燃油当量达9.28吨。研制和使用具有隔热功能的井下补偿器，可以降低由此造成的热损失，当具有隔热功能的井下补偿器导热系数达到或超过使用的隔热管标准时，则可以完全避免这部分热损失。基于以上分析设计出的JRBG井下隔热补偿装置。外管为预应力真空隔热管，导热系数达到SY/T5324-94隔热管标准，内管为Φ60高强度油管，补偿器抗拉强度大于40吨。有效避免了传统伸缩管与Φ114光管配合使用造成的大量热损失。

关键词：稠油注汽 井下 隔热补偿装置 研究

1 概述

油田井下注蒸汽用隔热管为D级管，视导热系数λ（0.02～0.006），注汽管柱中的井下补偿器以及与之配合使用的1根Φ114光油管没有采取隔热措施。据试验计算，井筒内散热损失主要来自于井下补偿器及与其相连接的1根Φ114光油管，在稠油井注汽过程中，没有采取隔热措施的井下补偿器以及与之配合使用的光油管产生大量的散热损失，一方面降低了注蒸汽能效，另一方面，井筒内损失热量又导致套管过热，以致产生变形损坏。有关研究结论认为：最大热应力都发生在套管内壁，且超过了N80套管的热弹性屈服极限；当套管周围掏空时，其热应变达到了2%，远远超过材料弹性极限应变值（0.3%），这是导致热采井套管变形损坏的主要原因。

2 原理及结构特点

2.1 设计原理 正常注汽时，注汽管柱内温度在300℃度以上，按正常注汽时隔热管外温度260℃（根据西南石油大学井筒热应力研究室数模计算得出）计算，一根9.5米Φ114光管在注汽过程中的热损失，由单壁导热的热量公式：Q=λH（tb1- tb2）/δ

式中：H——受热面积（平方米）；λ——导热系数，KJ/m·h·℃；tb——相应的壁温，℃；Q——传热量，KJ/h；δ——管壁厚度（米）。

当：tb1=300℃ tb2=260℃ δ=0.007m λ=191（0.5%碳钢查表换算） Φ114光管按9.5m计算，则Φ114光管传热量Q1=λH（tb1- tb2）/δ

=191×3.14×0.114×9.5（300-260）÷0.007

=3711533（KJ/h）

按热注燃油热值40000KJ/kg，单井注汽2000立方米，注汽速度为每小时20立方米计算，每注汽一井次，仅一根Φ114光管热损失燃油当量达9.28吨。而研制和使用具有隔热功能的井下补偿器，则可以降低由此造成的热损失。

2.2 工作原理 在稠油井注汽过程中，随高温蒸气进入注汽隔热管柱，隔热管柱随温度升高而伸长，在井底温度升至200℃前，热采封隔器随管柱下移，当热采封隔器温度升至200℃以上达到座封温度，封隔器开始座封，此时井下温度继续升高，隔热管柱也随之伸长，补偿器移动内管开始工作，随隔热管柱伸长而进入特制的隔热管内，到300℃左右时内管全部移动进入特制的隔热管内，由此保证在正常注汽时补偿器完全起到隔热作用。

停止注汽后，井下温度逐渐降低，注汽管柱收缩，补偿器可移动内管开始工作起到补偿作用，直到温度降至200℃以下，热采封隔器解封。

2.3 连接方法 JRBG隔热井下补偿器连接在注汽隔热管柱下部。补偿器上接头连接隔热管，其下接头连接8～10根隔热管，隔热管下端连接热采封隔器連接。

2.4 结构特点及功能 基于以上分析设计的稠油注汽井下隔热补偿装置具备以下特性及功能。

①JRBG隔热井下补偿器外管为预应力真空隔热管，经测试，JRBG隔热井下补偿器导热系数达到SY/T5324-

94隔热管标准，内管为Φ60高强度油管，补偿器抗拉强度大于40吨。②JRBG隔热井下补偿器导热系数达到常规隔热管标准，避免了传统伸缩与Φ114光管配合使用造成的大量热损失，可提高注汽效果。③避免了大量散热造成的高温，减轻套管因高温变形造成的损坏。④普通井下补偿器一般连接在注汽管柱中部，承受的拉力较大，JRBG隔热井下补偿器连接在注汽管柱下端，承受的拉力相对较小，可避免补偿器使用过程中在井下发生断裂。⑤JRBG隔热井下补偿器具有倒扣功能，在其下部管柱或封隔器遇卡时，可采用倒扣方式提出井内管柱。

3 经济评价

JRBG隔热井下补偿器8800元/根，周转使用15次报废，周转期间修复14次；使用隔热井下补偿器替代了一根隔热管（5000元），折算平均每注汽井次隔热井下补偿器使用成本为2260元。以前的普通补偿器使用3次报废，周转期间修复2次，平均每注汽井次使用成本约为2000元。每注汽井次使用费用两者相差260元。使用隔热井下补偿器每注汽井次可避免热损失燃油当量9.28吨，燃油按3000元/吨计算，每注汽井次可减少能量损失价值27840元。由此计算，使用JRBG隔热井下补偿器每注汽井次可减少能量损失价值：27840元-260元=27580元。

4 现场使用推广情况

隔热井下补偿器2007年取得辽河油田分公司井下工具许可证，证书编号为2006021；产品质量认可证编号为LYGSRK-S2007006；2009年开始在锦州采油厂试验使用90井次，实际使用效果良好，未出现任何质量问题。目前隔热井下补偿器在辽河油田已经广泛推广使用，累计使用达600井次以上。

参考文献：

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[3]王德有，陈德民，冉杰，何传兴.氮气隔热助排提高稠油蒸汽吞吐热采效果[J].钻采工艺，2001（03）.